氟虫腈在环境中的降解特性与降解机制研究

论文摘要

氟虫腈是一种新型苯基吡唑类杀虫剂,是我国农业部推荐的高毒有机磷农药的重要替代品种之一,其对人畜安全性较高,对许多水生生物具有高毒。目前有关氟虫腈环境行为特性及其降解机制研究较少,全面了解氟虫腈在环境中的滞留、转化以及其对生态环境可能存在的潜在影响,为科学评价氟虫腈使用的环境安全性以及该农药能否在我国大规模推广应用提供理论基础,有着十分重要的现实意义。为此,本文对氟虫腈及其代谢产物在土壤与水溶液中的降解特性与降解机制以及土壤中氟虫腈的提取测定方法等方面进行了研究。根据研究内容,全文分为下述四个部分:首先进行了文献综述,详细介绍了氟虫腈的性质、用途和毒理学特性等,并对农药的水解、光解、土壤降解及环境中农药的提取方法等方面的相关概念、理论和国内外研究现状进行了介绍和评述。第二,研究了土壤中氟虫腈及其代谢产物的残留检测方法。详细研究了ASE-GC快速提取分析技术对土壤中氟虫腈及其代谢产物的提取效率及影响因素,确定了ASE的最佳提取条件,并与传统的提取方法进行了比较分析。结果表明:（1）采用加速溶剂萃取法提取不同类型土壤中的氟虫腈及其代谢产物,在温度80℃,压力1500 Pa的条件下,用二氯甲烷/丙酮（1:1,v/v）的混合溶液静态提取2次,氟甲腈（MB46513）、硫醚（MB45950）、氟虫腈、砜（MB46136）的回收率在79%～111%之间,相对标准偏差在1.2%～9.5%之间。（2）与微波助萃取法和振荡提取法相比,加速溶剂提取的效果均高于微波助萃取与振荡提取;而且加速溶剂提取操作简单、耗时短、有机溶剂用量少,并且能实现自动化处理。第三,研究了氟虫腈在3种不同类型土壤中的降解动力学特征以及不同环境条件对其降解速率的影响,同时较为详细地研究了氟虫腈在土壤环境中的代谢行为,对其在土壤降解过程中的代谢产物的消长机制做了初步的研究。结果表明:（1）微生物是氟虫腈在土壤中降解的主导因子。氟虫腈在中性太湖水稻土中降解速率最快;在酸性江西红壤中降解最慢,且在好气、渍水与灭菌3种不同条件下,其在红壤中降解速率变化不大,说明土壤微生物选择性降解氟虫腈,氟虫腈在酸性环境中较为稳定。氟虫腈在渍水土壤中降解速率加快,说明渍水土壤中的厌氧菌属有利于氟虫腈的降解。同时,连续施药对氟虫腈的降解速率影响也很大。（2）氟虫腈在土壤中的降解代谢途径主要是氧化-还原作用,好气条件下不同土壤中的代谢机制不同,在东北黑土中以氧化代谢为主,太湖水稻土中以还原代谢为主,而在江西红壤中是氧化-还原共同作用的结果。（3）评价氟虫腈在环境中的残留性及其对生态环境的安全性时,不能只局限于氟虫腈母体,应该结合氟虫腈的代谢产物作综合性的评价。第四,研究了氟虫腈在不同pH值和温度条件下的水解特性,对其在水溶液中的降解途径做了初步探讨。结果表明:氟虫腈在不同条件下的水解速率差异较大。弱酸性（pH5.0）时,氟虫腈农药在25℃和50℃条件下水解半衰期分别144.4d和119.5d,具有较强的化学稳定性,为较难水解农药;中性（pH7.0）时,在25℃和50℃温度条件下,水解半衰期分别为123.8d、39.8d,常温下较为稳定,水解性较弱;弱碱性（pH9.0）时,水解速率明显加快,25℃和50℃温度条件下的水解半衰期分别为10.0d和8.1h。高温、碱性有利于氟虫腈的水解。本文采用快速溶剂萃取-气相色谱技术,建立了土壤中氟虫腈及其代谢产物快速提取测定方法;系统地研究了氟虫腈土壤降解与水解等环境行为特性及其影响因素;系统研究了氟虫腈土壤降解与水解过程中不同代谢产物的消长规律,探讨并揭示了氟虫腈在环境中的降解机理,为科学评价氟虫腈使用的环境安全性提供了相应的科学依据与理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 氟虫腈及农药环境行为研究进展
• 1 氟虫腈的理化性质
• 2 氟虫腈的作用机理
• 3 氟虫腈的实际应用
• 4 氟虫腈及其代谢产物的毒理学特性
• 5 农药在土壤中的降解特性
• 5.1 生物降解与转化
• 5.2 非生物降解与转化
• 5.2.1 水解
• 5.2.2 氧化-还原
• 5.2.3 光解
• 5.3 农药土壤降解的影响因子
• 5.3.1 农药理化性质
• 5.3.2 土壤温度
• 5.3.3 土壤pH值
• 5.3.4 土壤含水量
• 5.3.5 有机质含量
• 6 环境样品提取方法研究进展
• 6.1 传统的萃取方法
• 6.2 超声提取法
• 6.3 加速溶剂萃取法（ASE）
• 6.4 微波萃取法（MAE）
• 6.5 固相萃取（SPE）
• 7 研究内容和研究意义
• 参考文献
• 第二章 土壤中氟虫腈及其代谢产物的提取方法研究
• 1 材料和方法
• 1.1 仪器和试剂
• 1.1.1 试剂
• 1.1.2 主要仪器
• 1.2 供试土壤
• 1.3 试验方法
• 1.3.1 加速溶剂萃取法
• 1.3.2 振荡提取法
• 1.3.3 微波萃取法
• 1.3.4 气相色谱测定条件
• 2 结果与分析
• 2.1 加速溶剂萃取条件的优化
• 2.1.1 萃取溶剂的选择
• 2.1.2 提取温度的选择
• 2.1.3 循环次数的选择
• 2.2 加速溶剂提取法与微波助萃取法、振荡提取法的比较
• 2.3 不同土壤中氟虫腈及其代谢产物的测定准确度与精密度
• 2.4 最低检测浓度
• 3 小结与讨论
• 参考文献
• 第三章 氟虫腈及其代谢产物土壤降解特性研究
• 1 材料和方法
• 1.1 仪器和试剂
• 1.1.1 试剂
• 1.1.2 主要仪器
• 1.2 供试土壤
• 1.3 试验设计及试验方法
• 1.3.1 土壤性质对氟虫腈降解的影响
• 1.3.2 土壤含水量对氟虫腈降解的影响
• 1.3.3 土壤微生物对氟虫腈降解的影响
• 1.3.4 连续施药对氟虫腈降解的影响
• 1.4 样品提取与检测
• 1.4.1 土壤样品的提取
• 1.4.2 气相色谱测定条件
• 1.5 数据处理
• 2 结果与分析
• 2.1 土壤性质对氟虫腈降解的影响
• 2.2 土壤含水量对氟虫腈降解的影响
• 2.3 微生物对氟虫腈降解的影响
• 2.4 连续施药对氟虫腈土壤降解的影响
• 3 小结与讨论
• 参考文献
• 第四章 氟虫腈的水解特性研究
• 1 材料和方法
• 1.1 仪器和试剂
• 1.1.1 试剂
• 1.1.2 主要仪器
• 1.2 试验设计
• 1.2.1 氟虫腈在不同pH值缓冲液中的水解
• 1.2.2 氟虫腈在不同温度时的水解
• 1.3 样品提取与检测
• 1.3.1 水样提取
• 1.3.2 气相色谱测定条件
• 2 结果与分析
• 2.1 氟虫腈在不同pH值缓冲液中的水解
• 2.2 氟虫腈在不同温度缓冲液中的水解
• 2.3 氟虫腈水解产物产生情况
• 3 小结
• 参考文献
• 附件:固相萃取法（SPE）测定水体中胺鲜酯残留及胺鲜酯光解特性研究
• 1 材料和方法
• 1.1 仪器与试剂
• 1.1.1 试剂
• 1.1.2 主要仪器
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 水样处理
• 1.2.2 光解试验
• 1.2.3 气相色谱测定条件
• 1.2.4 工作曲线
• 2 结果与讨论
• 2.1 SPE柱的选择
• 2.2 保留容量和上样体积的确定
• 2.3 洗脱剂用量的影响
• 2.4 方法回收率、精密度及最小检测浓度
• 2.5 胺鲜酯的光解特性
• 3 小结与讨论
• 参考文献
• 第六章 全文总结与研究展望
• 1 全文总结
• 2 创新之处
• 3 研究展望
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢